地源熱泵

我國利用水源、地源熱泵技術(shù)開發(fā)的歷程

  國務(wù)院參事室地?zé)?/a>調(diào)研組一共有 6 位國務(wù)院參事,在 2005 年、2006 年連續(xù)兩年進(jìn)行了關(guān)于合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源(包括淺層地?zé)崮?/a>)的調(diào)研,曾經(jīng)提出兩份國務(wù)院參事建議,呈送國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)同志,并先后與吳儀、曾培炎兩位副總理在中南海進(jìn)行座談。我們的調(diào)研成果,受到國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)同志的高度重視,國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局等部門大力協(xié)助調(diào)研。另外,我們在建議中還特別提出,要加強(qiáng)地源熱泵新技術(shù)、新裝備的開發(fā)研制和推廣應(yīng)用,建議要出臺優(yōu)惠政策,鼓勵合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源
 
  一是在中央設(shè)立的可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金中,重點(diǎn)支持利用地?zé)崮?/a>,特別是利用淺層地?zé)?/a>能進(jìn)行集中供暖空調(diào)制冷工程。對地?zé)崮?/a>用于住宅小區(qū)、學(xué)校、辦公等公共場所集中供熱取暖或空調(diào)制冷的,可按實(shí)際供暖供冷面積給予一定的資金補(bǔ)助
 
  二是對地?zé)峁┡?/a>或供冷工程中,回灌地?zé)崴?/a>或地下水,其回灌部分的水量免收礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)或水資源費(fèi),并應(yīng)鼓勵按回灌量給予經(jīng)費(fèi)資助,以利節(jié)約利用水資源
 
  三是土耳其政府為了鼓勵開發(fā)利用地?zé)?/a>資源,制定了一系列的措施,收到很好的效果。建議我國在制定開發(fā)利用地?zé)豳Y源政策時,可以學(xué)習(xí)和借鑒他們的成功經(jīng)驗(yàn),采取免收增值稅,開發(fā)地?zé)豳Y源的收入小于投資額的給予免稅、用于地?zé)衢_發(fā)所耗用的電能,只收取半費(fèi)和免收地?zé)衢_發(fā)租賃的土地使用費(fèi)等多項(xiàng)優(yōu)惠政策,以促進(jìn)我國開發(fā)利用地?zé)豳Y源事業(yè)的發(fā)展。我和吳學(xué)敏、沈夢培參事,曾經(jīng)專門到土耳其考察過。這方面的建議我們呈報(bào)給曾培炎副總理和華建敏國務(wù)委員以后,國家發(fā)改委等有關(guān)部門正在研究我們這份建議。實(shí)際上北京市發(fā)改委早已經(jīng)出臺了有關(guān)政策。
 
  國務(wù)院參事、建設(shè)部建設(shè)環(huán)境工程技術(shù)中心主任 王秉忱第二屆中國地源熱泵技術(shù)城市級推廣應(yīng)用高層論壇特別報(bào)道通過我們的調(diào)研,國內(nèi)掀起了地?zé)崮荛_發(fā)利用的高潮,特別是淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用,我用如火如荼來形容也許過了一點(diǎn)。當(dāng)然這不是我們幾個人的功勞,而是我們的調(diào)研內(nèi)容切合我國開發(fā)利用可再生能源,以緩解傳統(tǒng)能源緊缺形勢的大環(huán)境。在我們調(diào)研之后,2006 年 11 月 13 日~15 日,由國家機(jī)械工業(yè)局工程建設(shè)中心和中國城市經(jīng)濟(jì)學(xué)會聯(lián)合主辦的首屆中國地源熱泵技術(shù)城市級應(yīng)用的高層論壇起到很好的帶頭作用。接著在 2007 年的 1 月 29 日~30 日,由國土資源部組織召開全國地?zé)?/a>(淺層地?zé)?/a>能)開發(fā)利用現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)交流會。2007 年 2 月 6 日由建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會,沈陽市人民政府和中國可再生能源學(xué)會主辦,在沈陽召開了首屆中國地源熱泵技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展論壇。2007 年 8 月 24 日~26 日召開的地溫能與熱泵技術(shù)應(yīng)用高層論壇,則是由中國資源綜合利用協(xié)會地溫資源綜合利用專業(yè)委員會組織召開的。由此可見,在過去一年多的時間中,加上這次論壇已經(jīng)召開了 5 次重要會議,這充分說明了我國利用地源熱泵技術(shù)開發(fā)淺層熱能的大好形勢。
 
  下面我想談?wù)動嘘P(guān)問題:
 
  (一)國內(nèi)外地源熱泵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀。
 
  我先談國外地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的狀況,1954 年美國發(fā)明了地源水源熱泵空調(diào)系統(tǒng),經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展,西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用,就連美國總統(tǒng)布什的德克薩斯鄉(xiāng)間別墅,英國女王伊麗莎白的白金漢宮也都采用了地源熱泵技術(shù)。進(jìn)入 90 年代以來,歐美國家共同對地源熱泵有關(guān)的環(huán)境問題開展了廣泛和深入的研究,2005 年在土耳其召開的世界地?zé)岽髸?/a>上,對地源熱泵開發(fā)利用進(jìn)行了總結(jié),發(fā)現(xiàn)近 10 年時間里,熱泵技術(shù)在地熱能直接利用能量方面的比例,由 1995 年的 13%發(fā)展到 2005年的 33.2% ,有大約 30 個國家平均增長速率超過10%。其中,開發(fā)利用較好的國家,有美國、北歐、瑞士、德國,尤其是瑞典。目前全世界范圍內(nèi)實(shí)際安裝的機(jī)組數(shù)量大約是 150 萬個,其熱泵工程特點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行和監(jiān)測自動化程度高,運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化。過去近 10 年間,世界主要應(yīng)用地源熱泵的國家,淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用年平均增長 30%,目前地源熱泵應(yīng)用日益廣泛,是最有前途的節(jié)能裝置和系統(tǒng),尤其是復(fù)合型的制冷供熱系統(tǒng),已經(jīng)成為國際空調(diào)行業(yè)前沿研究課題之一,也成為淺層地?zé)崮芾?/a>的重要形式之一。
  我國熱泵系統(tǒng)作為商業(yè)化應(yīng)用與世界發(fā)達(dá)國家相比是滯后的。20 世紀(jì) 80 年代初至 90 年代末,隨著城市能源結(jié)構(gòu)的變化,在我國暖通空調(diào)領(lǐng)域掀起一股“熱泵熱”,熱泵供暖制冷的應(yīng)用,在一些大城市日益廣泛。例如上海高層建筑 25%采用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)供暖制冷,北京、天津、武漢、長沙等地也大量使用。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來,水源地源熱泵引起學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛關(guān)注,國家相繼出臺了支持可再生能源開發(fā)利用的一系列方針政策,水源、地源熱泵行業(yè)有了較快發(fā)展。
 
  國家“十一五”規(guī)劃已經(jīng)正式把“十一五”期間單位 GDP 能耗降低 20%,作為約束性指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì),暖通空調(diào)能耗占建筑能耗的 65%,以建筑能耗占總能耗的 35%計(jì)算,暖通空調(diào)能耗占全國總能耗的比例高達(dá) 22.75%。在這個方面地源熱泵技術(shù)具有明顯優(yōu)勢,包括高效節(jié)能綠色環(huán)保,利用可再生資源,代表了節(jié)能暖通空調(diào)的發(fā)展趨勢,符合國家目前節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展政策,促進(jìn)行業(yè)迅猛發(fā)展。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),截止 2004 年底,以熱泵產(chǎn)品制造、工程設(shè)計(jì)或施工為主的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到 83 家。到2006 年底,類似的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到 300 余家。全國范圍內(nèi),除港、澳、臺地區(qū)外,31 個省(直轄市)、自治區(qū)均有熱泵項(xiàng)目,其總工程數(shù)量約達(dá) 4500 個,今年年底可達(dá)到 4800~5000 個。比較多的地區(qū)是北京河北、河南山東、遼寧天津,上海廣東其次,從地域分布上看,在我國華北和東北南部地區(qū)工程數(shù)量較多,占總工程數(shù)量的 78%。
 
  應(yīng)該特別強(qiáng)調(diào)指出的是沈陽市在市委書記陳政高同志和邢凱副市長的大力推動下,計(jì)劃在全沈陽市范圍內(nèi)大力推廣采用地源熱泵技術(shù),開發(fā)淺層Ground Source Heat Pumps第二屆中國地源熱泵技術(shù)城市級推廣應(yīng)用高層論壇特別報(bào)道地源熱泵專欄9地?zé)崮苜Y源。沈陽市已有地源熱泵供熱制冷面積312 萬 m2,計(jì)劃在沈陽市 12980km2市區(qū)范圍內(nèi)推進(jìn),到 2010 年年底要實(shí)現(xiàn) 6500 萬 m2,占全市供熱面積的 32.5%。沈陽市在淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用方面,起了很好的帶頭作用,堪稱全國之冠。從已竣工的工程統(tǒng)計(jì)分析,辦公樓 40% ,賓館飯店 19% ,住宅12% ,廠房 9% 、別墅度假村 7% 、商場 6% 、學(xué)校5%、醫(yī)院 3%,可見熱泵工程涉及的面較廣。從供熱制冷面積看,在 5 萬 m2以上的項(xiàng)目約占 14%,15 萬m2以上的是 48%,1 萬 m2以下的是 39%,目前工程以中小型項(xiàng)目為主,但是近一到兩年大中型工程增加較快,表現(xiàn)在房地產(chǎn)業(yè)運(yùn)用熱泵技術(shù)的項(xiàng)目比較多。據(jù)統(tǒng)計(jì),在水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵三種不同系統(tǒng)工程中,采用水源熱泵系統(tǒng)的占多數(shù),約占58% ,地源熱泵系統(tǒng)占 37% ,空氣源熱泵系統(tǒng)只占5% 。在北方地區(qū)工程類型,水源熱泵占多數(shù),約占41% ,地源熱泵 32% ,其中包括地下地表水 + 冰或冷卻塔、太陽能利用等多種復(fù)合型系統(tǒng)。地表水源系統(tǒng)(污水、中水、海水)占 27%。在南方地區(qū),空氣源熱泵約占 41% ,水源熱泵約占 36% ,地源熱泵約占23%,南方、北方差別很大。
 
  從竣工的工程數(shù)量看出,近年來,熱泵工程應(yīng)用逐年增加,而且有呈倍數(shù)增加的趨勢。以北京地區(qū)為例,在 21 世紀(jì)初期只有兩個項(xiàng)目完工,到 2006 年約有 120 個工程交付使用,可見熱泵技術(shù)發(fā)展非常迅速。目前,企業(yè)的投資規(guī)模從 100 萬元到數(shù)億元不等,其中注冊在 1 億元以上的占 25%,0.5—1 億元的占 13%,3000 萬元的占 25%,3000 萬元以下的占37%,其中,5000 萬元以下的企業(yè)占到 60%以上。顯然還是以中小企業(yè)居多,說明地源熱泵行業(yè)目前還是處于起步階段。我國地源熱泵系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)主要集中在北京、廣東山東三個省市,這三個省市地源熱泵系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)量約占全國地源熱泵生產(chǎn)企業(yè)總數(shù)的 70%左右,其余的 30%企業(yè)來自上海江西、遼寧、內(nèi)蒙古四川、天津、浙江等地。
 
  (二)熱泵技術(shù)應(yīng)用存在的問題。
 
  1)政策與法規(guī)。政府支持政策和財(cái)政補(bǔ)貼稍顯薄弱,目前雖然出臺了《可再生能源法》、《節(jié)約能源法》、《中華人民共和國水法》和《可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金管理辦法》以及地方性政策,如北京市發(fā)改委等九部門聯(lián)合發(fā)布,在 2006 年 7 月 1 日起執(zhí)行的《關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》和近期的補(bǔ)充說明等等,政府對推動熱泵技術(shù)比前幾年有了很大的改善。但是仍存在多頭管理、缺乏監(jiān)督機(jī)制等問題,影響熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用。已經(jīng)出臺的《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》是第一部有關(guān)熱泵技術(shù)方面的規(guī)范,起到了很大的推廣指導(dǎo)作用。這個規(guī)范由建設(shè)部和國家質(zhì)檢總局在 2005 年 11 月聯(lián)合發(fā)布,由 2006 年1 月 1 日開始實(shí)施。中國地質(zhì)調(diào)查局則在 2006 年 5月提出了《淺層地溫能勘查開發(fā)技術(shù)規(guī)程》(征求意見稿),不久也將公布實(shí)施,這樣就可以從資源評價和熱泵技術(shù)兩個方面加以規(guī)范。
 
  2)熱泵產(chǎn)品。目前地源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)品型號和規(guī)格相對較少,并且主要是以國外的原配件組裝的產(chǎn)品,國內(nèi)還有國外的熱泵公司在我國投資建廠(以合資為主),主要有美國的美意空調(diào)公司、特靈空調(diào)公司、芬尼克茲集團(tuán)、法國的西亞特公司以及加拿大的楓葉能源集團(tuán)等。國內(nèi)生產(chǎn)水源熱泵的較大企業(yè)是山東省富爾達(dá)空調(diào)設(shè)備有限公司,其次還有北京恒有源,清華同方等公司,但具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品較少。
 
  3)技術(shù)應(yīng)用。(1)地源熱泵技術(shù)是暖通空調(diào)技術(shù)與水文地質(zhì)條件相結(jié)合的綜合技術(shù),兩者缺一不可。
 
  尤其是一些大型工程,還需要系統(tǒng)控制技術(shù)。這就要求工程組織者和施工技術(shù)人員能夠合理協(xié)調(diào),做好充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。有些從業(yè)人員不了解該地區(qū)地下水情況,在運(yùn)行過程中卻發(fā)現(xiàn)回灌成了大問題,造成工程失敗,這個問題很大,而且具有一定的普遍性。
 
  (2)在一些工程中,設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)時,忽視了冷熱能平衡問題,就是夏季向熱源累計(jì)放熱量應(yīng)該等于冬季向地源累計(jì)吸收的熱量,以保持該地區(qū)第二屆中國地源熱泵技術(shù)城市級推廣應(yīng)用高層論壇特別報(bào)道地下恒溫帶的全年溫度變化的平衡。
 
  (3)缺乏必要的地下監(jiān)測工作,目前國內(nèi)已建的大部分熱泵工程,都沒有建立地下水和巖土監(jiān)測系統(tǒng)。熱泵工程在運(yùn)行中對地質(zhì)環(huán)境的影響一無所知,當(dāng)前地下水的回灌技術(shù)不完善,亟待加快研究解決。
 
  (4)缺乏對巖土熱物性特征的了解。目前大部分熱泵工程都沒有開展巖土熱物性參數(shù)的測試工作,而是運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或者是用其他地區(qū)的巖土熱物性參數(shù)代替,巖土熱物性特征隨地點(diǎn)不同而有所區(qū)別,一個地區(qū)的測試結(jié)果可能完全不適于其他地區(qū),必須進(jìn)行相應(yīng)的修正甚至是重新測試。
 
  (5)在熱泵工程設(shè)計(jì)中,需要密切結(jié)合水文地質(zhì)條件并開展地質(zhì)環(huán)境和地?zé)崮苜Y源評價。由于熱泵系統(tǒng)的特殊性,對傳統(tǒng)的水文地質(zhì)勘察與評價提出了特殊的要求。因此,探討開展適應(yīng)熱泵系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境綜合評價方法,是當(dāng)前兩大專業(yè)技術(shù)人員重要課題之一。以北京為例,北京市已建的熱泵系統(tǒng)存在不少問題,需要在技術(shù)應(yīng)用上加以提高,有的熱泵系統(tǒng)向地面排水,不能把水回灌地下。有的熱泵系統(tǒng)能效比低,有的使用年限短等等,這些問題說明北京市熱泵系統(tǒng)還在試用階段,應(yīng)加強(qiáng)有針對性的研究工作。
 
  (6)熱泵工程的經(jīng)濟(jì)合理性。并不是所有的熱泵系統(tǒng)都是經(jīng)濟(jì)合理的,由于鉆井費(fèi)用可能占到整個系統(tǒng)初投資的 50%以上,而影響熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前熱泵系統(tǒng)安裝費(fèi)用較高,與電制冷、天然氣加熱系統(tǒng)相比,熱泵系統(tǒng)顯然是高的,它的回收期為 5 年—8 年,這個問題在集成商的設(shè)計(jì)中常被忽略,導(dǎo)致一些熱泵工程節(jié)電不節(jié)能或節(jié)電不經(jīng)濟(jì)。
 
  (7)缺少必要的宣傳和推廣活動,目前,雖然國家出臺了部分政策和法規(guī),支持熱泵系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。但由于對節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的宣傳教育不夠,沒有形成強(qiáng)大的公眾輿論和社會環(huán)境,使得社會各方面對使用節(jié)能技術(shù)和設(shè)備缺乏積極性。社會上對它的認(rèn)知不足,尤其是業(yè)主單位主要決策人對節(jié)約能源的認(rèn)識不足,直接影響此項(xiàng)新型能源技術(shù)的廣泛使用。
 
  現(xiàn)在對應(yīng)用熱泵技術(shù)開發(fā)利用淺層地?zé)崮?/a>進(jìn)行大力宣傳的刊物有三個:其一是《工程建設(shè)與設(shè)計(jì)》雜志,其二是《地?zé)崮?/a>》雜志,其三是《建筑科技
 
  雜志,希望他們繼續(xù)努力。
 
  (8)技術(shù)隊(duì)伍良莠不齊,在從事水源、地源熱泵工程的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)安裝和施工隊(duì)伍里面,有些技術(shù)人員對這項(xiàng)技術(shù)仍然處于不十分清楚的狀態(tài),水源、地源熱泵技術(shù)性較強(qiáng),現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)一些非正規(guī)的熱泵技術(shù)公司承攬熱泵工程,這樣的企業(yè)做出的工程很難保證工程質(zhì)量。目前熱泵工程的運(yùn)行管理也存在較多問題,水源、地源熱泵系統(tǒng)和傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)以及其他形式的供暖系統(tǒng)有比較大的區(qū)別,特別是地下水系統(tǒng)有很嚴(yán)格的操作流程。但是現(xiàn)在少數(shù)工程是由系統(tǒng)集成商來運(yùn)行,大多數(shù)是交給工程單位管理,這些管理人員對水源、地源熱泵技術(shù)了解甚少,不同程度地影響運(yùn)行效果。
 
  (9)市場混亂,亟待規(guī)范。目前水源、地源熱泵市場競爭激烈,各公司應(yīng)該通過自己的技術(shù)特長和豐富經(jīng)驗(yàn),來打造自己的品牌。對個別企業(yè)的違規(guī)操作和虛假宣傳必須加以制止。
 
  我國水源、地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用在近幾年來得到進(jìn)一步的拓展,雖然在推廣應(yīng)用的過程當(dāng)中還存在一些問題,但在今后從政府到企業(yè)、科研、設(shè)計(jì)、施工等部門共同努力,會不斷完善各項(xiàng)政策法規(guī)、規(guī)程、規(guī)范、攻克技術(shù)難關(guān)。我相信水源、地源熱泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,必將為人們創(chuàng)造舒適生活環(huán)境、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和建設(shè)生態(tài)文明做出貢獻(xiàn)。黨的“十七大”
 
  第一次提出建設(shè)生態(tài)文明,這是給我們水源、地源熱泵事業(yè)一個莊嚴(yán)、神圣的任務(wù),我們一定要在這方面更加努力工作,發(fā)揮更大的作用。